Горячий взрыв
Горячий дутье относится к предварительному нагреву воздуха, подаваемого в доменную печь или другой металлургический процесс. Поскольку это значительно снизило расход топлива , горячий дутье стал одной из наиболее важных технологий, разработанных во время промышленной революции . [1] Горячее дутье также позволило повысить температуру печи, что увеличило ее производительность. [2] [3]
Первоначально он работал путем поочередного накопления тепла от дымовых газов печи в облицованном огнеупорным кирпичом сосуде с несколькими камерами, а затем продувки воздуха для горения через горячую камеру. Это известно как регенеративный нагрев . Горячий дутье было изобретено и запатентовано для железных печей Джеймсом Бомонтом Нилсоном в 1828 году на металлургическом заводе Уилсонтауна. [ нужна ссылка ] в Шотландии, но позже стал применяться и в других контекстах, в том числе в период позднего цветения . Позже окись углерода в дымовых газах сжигалась для получения дополнительного тепла.
История
[ редактировать ]Изобретение и распространение
[ редактировать ]Джеймс Бомонт Нейлсон , бывший бригадир газового завода в Глазго, изобрел систему предварительного подогрева дутья для печи. Он обнаружил, что, увеличив температуру входящего воздуха до 300 градусов по Фаренгейту, он может снизить расход топлива с 8,06 тонны угля до 5,16 тонны угля на тонну производимого железа с дальнейшим снижением при еще более высоких температурах. [4] Он вместе с партнерами, включая Чарльза Макинтоша , запатентовал это в 1828 году. [5] Первоначально нагревательный сосуд был сделан из кованых железных пластин, но они окислились, и он заменил чугунный сосуд. [4]
На основании патента, полученного в январе 1828 года, Томас Ботфилд исторически считается изобретателем метода горячего дутья. Нилсону приписывают изобретателя горячего дутья, поскольку он выиграл патентный судебный процесс. [1] Нилсон и его партнеры вели серьезные судебные разбирательства, чтобы защитить патент от нарушителей. [5] Распространение этой технологии по Британии было относительно медленным. К 1840 году 58 производителей железа получили лицензии, что приносило роялти в размере 30 000 фунтов стерлингов в год. К моменту истечения срока действия патента существовало 80 лицензий. В 1843 году, сразу после того, как срок его действия истек, 42 из 80 печей в южном Стаффордшире использовали горячее дутье, а в южном Уэльсе его внедрение шло еще медленнее. [6]
Другими преимуществами горячего дутья было то, что можно было использовать сырой уголь вместо кокса . В Шотландии относительно бедный железняк «черной полосы» можно было выгодно выплавить. [5] Это также увеличило ежедневную производительность печей. В случае с металлургическим заводом Колдера производительность снизилась с 5,6 тонн в день в 1828 году до 8,2 тонн в день в 1833 году, что сделало Шотландию регионом по производству стали с самой низкой себестоимостью в Великобритании в 1830-х годах. [7]
Первые дутьевые печи были неприятными, поскольку тепловое расширение и сжатие могло привести к поломке труб. Это было несколько исправлено установкой труб на роликах. Также необходимо было разработать новые способы соединения дымовых труб с фурмами , поскольку кожу уже нельзя было использовать. [8]
В конечном итоге этот принцип был применен еще более эффективно в регенеративных теплообменниках , таких как печи Каупера (которые предварительно нагревают поступающий дутьевой воздух за счет отходящего тепла дымовых газов; они используются в современных доменных печах) и в мартеновских печах (для производства стали) . ) по процессу Сименса-Мартина. [9]
Независимо Джордж Крейн и Дэвид Томас из Yniscedwyn Works в Уэльсе пришли к той же идее, и Крейн подал заявку на британский патент в 1836 году. Они начали производить железо по новому процессу 5 февраля 1837 года. Впоследствии Крейн купил патент Гессенхайнера. и запатентованные дополнения к нему, контролирующие использование этого процесса как в Великобритании, так и в США. Пока Крейн оставался в Уэльсе, Томас переехал в США от имени Lehigh Coal & Navigation Company и основал Lehigh Crane Iron Company для использования этого процесса. [10]
Антрацит в производстве чугуна
[ редактировать ]Горячее дутье позволило использовать антрацит при выплавке чугуна. Это также позволило использовать уголь более низкого качества, поскольку меньше топлива означало пропорционально меньше серы и золы. [11]
В то время, когда этот процесс был изобретен, хороший коксующийся уголь был доступен в достаточных количествах только в Великобритании и западной Германии. [12] поэтому в железных печах в США использовался древесный уголь . Это означало, что любая железная печь требовала огромных участков лесной земли для производства древесного угля и обычно выключалась после вырубки близлежащего леса. Попытки использовать антрацит в качестве топлива закончились неудачей, поскольку уголь не воспламенялся в условиях холодного дутья. В 1831 году доктор Фредерик В. Гессенхайнер подал заявку на патент США на использование горячего дутья и антрацита для выплавки железа. Он произвел небольшое количество антрацитового железа этим методом в Valley Furnace недалеко от Поттсвилля, штат Пенсильвания, в 1836 году, но из-за поломок, болезни и смерти в 1838 году он не смог развить этот процесс в крупномасштабное производство. [10]
Антрацит был вытеснен коксом в США после Гражданской войны. Кокс был более пористым и мог выдерживать более тяжелые нагрузки в гораздо более крупных печах конца 19 века. [2] : 90 [13] : 139
Ссылки
[ редактировать ]- ^ Jump up to: а б Белфорд, Пол (2012). «Деменная выплавка чугуна в начале 19 века» (PDF) . Историческая металлургия . 46 (1). Историческое металлургическое общество : 32–44.
- ^ Jump up to: а б Ландес, Дэвид С. (1969). Освобожденный Прометей: технологические изменения и промышленное развитие в Западной Европе с 1750 года по настоящее время . Кембридж, Нью-Йорк: Пресс-синдикат Кембриджского университета. п. 92. ИСБН 0-521-09418-6 .
- ^ Эйрес, Роберт (1989). «Технологические трансформации и длинные волны» (PDF) : 21<Рис. 7 показан временной ряд отношения C/Fe>
{{cite journal}}: Для цитирования журнала требуется|journal=( помощь ) CS1 maint: постскриптум ( ссылка ) - ^ Jump up to: а б WKV Gale, британская металлургическая промышленность (Дэвид и Чарльз, Ньютон Эббот, 1967), 55-8.
- ^ Jump up to: а б с «Нилсон, Джеймс Бомонт (1792–1865)». Оксфордский национальный биографический словарь (онлайн-изд.). Издательство Оксфордского университета. doi : 10.1093/ref:odnb/19866 . (Требуется подписка или членство в публичной библиотеке Великобритании .)
- ^ К.К. Хайд, Технологические изменения и британская металлургическая промышленность 1700-1870 (Princeton University Press, 1977), 154-5.
- ^ К. К. Хайд, Технологические изменения и британская металлургическая промышленность 1700-1870 (Princeton University Press, 1977), 151.
- ^ WKV Gale, Металлургическая промышленность Черной страны (Дэвид и Чарльз, Ньютон Эббот, 1966), 71-5.
- ^ WKV Gale, британская металлургическая промышленность (Дэвид и Чарльз, Ньютон Эббот, 1967), 98-100.
- ^ Jump up to: а б Варфоломей, Крейг Л.; Мец, Лэнс Э. (1988). Варфоломей, Энн (ред.). Антрацитовая промышленность долины Лихай . Центр истории и технологий каналов. ISBN 0-930973-08-9 .
- ^ Розенберг, Натан (1982). Внутри черного ящика: технологии и экономика . Кембридж, Нью-Йорк: Издательство Кембриджского университета. п. 88 . ISBN 0-521-27367-6 .
- ^ Ландес 1969 , с. 82.
- ^ Розен, Уильям (2012). Самая мощная идея в мире: история пара, промышленности и изобретений . Издательство Чикагского университета. ISBN 978-0226726342 .
| Производство железа ( металлургический завод ) |
|  | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Сталелитейное производство ( Сталелитейный завод ) |
| ||||||||
| термообработки Методы |
| ||||||||
| Производство по странам | |||||||||